资源简介

(共27张PPT)
第三章
热力学定律
课时1　功、热和内能的改变
核心目标 1. 了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义．会用功能关系构建内能的概念．
2. 知道做功与传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念．理解做功与内能的改变和传热与内能的改变的关系，会解释相关的现象.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　焦耳的实验
1. 绝热过程：系统不从外界________，也不向外界________的过程．
2. 实验目的：探究做功和热传递怎样影响热力学系统、做功和热传递有怎样的相互关系．
3. 两个代表性实验
(1) 一个是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温________.
(2) 通过电流的__________给水加热．
吸热
放热
上升
热效应
4. 实验结论：在热力学系统的________过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式．
5. 内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于________________的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在________过程中对系统所做的功相联系．这个物理量必定是系统的一种能量，称为系统的内能．
(1) 内能：物体的内能是指物体内所有分子的热运动动能和分子势能的________.
(2) 微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定．
(3) 宏观上由物体的温度、体积、质量决定，是一个状态量．
绝热
系统自身状态
绝热
总和
要点2　功和内能的改变
1. 功和内能的改变：在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝______.
(1) 外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少．
(2) ΔU＝W的适用条件是________过程．
2. 一般来说，如果一个热学过程的状态变化发生得极快、 经历时间很短，系统与外界交换的热量就很少，即系统与外界来不及交换热量，这样的过程若不计传递的热，可以看成绝热过程．
W
绝热
要点3　热和内能的改变
1. 热传递
(1) 条件：物体的________不同．
(2) 定义：两个________不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，________从高温物体传到了低温物体．
温度
温度
热量
2. 热和内能的改变
(1) 热量：它是在单纯的传热过程中系统________变化的量度．
(2) 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝______.
(3) 热传递与做功在改变系统内能上的异同：
①做功和热传递都能引起系统________的改变．
②做功时是内能与其他形式能的________；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间______________.
内能
Q
内能
转化
内能的转移
基础内化
1. 对内能的理解，下列说法中正确的是(　　)
A. 系统的内能是由系统的状态决定的
B. 做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能
C. 不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
D. 1 g 100 ℃水的内能大于1 g 100 ℃水蒸气的内能
A
【解析】　系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，B错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，C错误；在1 g 100 ℃的水变成100 ℃水蒸气的过程中，分子间距离变大，要克服分子间的引力做功，分子势能增大，所以1 g 100 ℃水的内能小于1 g 100 ℃水蒸气的内能，D错误．
2. (多选)(2022·湖北南漳县二中)容器中盛有冰水混合物，冰的质量和水的质量相等且保持不变，则下列说法中正确的是(　　　)
A. 水的分子平均动能大于冰的分子平均动能
B. 冰和水的分子平均动能相等
C. 水的内能大于冰的内能
D. 冰的内能大于水的内能
【解析】　冰水混合物温度为0 ℃，冰、水温度相同，故二者分子平均动能相等，冰变成水要吸热，故等质量的水的内能大于冰的内能．故B、C正确.
BC
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　焦耳的实验
焦耳的两个代表性实验
两个实验 实验一 实验二
实验 装置
在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．
物体的内能大，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有变化较大时，对应着做功较多．
两个实验 实验一 实验二
做功方式 通过重物下落带动叶片搅水，靠叶片与水摩擦使水温升高，通过机械功实现能量转化 通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝做功使水温升高，通过电功实现能量转化
实验条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热 共性 外界对系统做功数值上相同，系统温度上升数值相同，内能改变相同 　　　(2022·湖南名校联考)某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球胀大起来，忽略气球胀大过程中对气体的力的影响，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的(　　)
A. 内能减小
B. 分子平均动能增大
C. 分子对烧瓶底的平均作用力减小
D. 体积是所有气体分子的体积之和
1
B
【解析】　由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气体吸收了热水的热量，温度升高，内能增大，A错误；由于温度升高，所以分子的平均动能增大，B正确；由于外界压强不变，因此内部压强也保持不变，气体分子对瓶底的平均作用力不变，C错误；气体分子体积与气体分子间隙相比很小，故对应的气体体积不是分子体积之和，D错误．
　　　(多选)如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高．关于这个实验，下列说法中正确的是(　　　)
A. 这个装置可测定热功当量
B. 做功增加了水的热量
C. 做功增加了水的内能
D. 功和热量是完全等价的，无区别
2
AC
【解析】　该实验测定做功和内能变化的关系，可以测定热功当量，A正确；该实验是绝热过程，没有热传递，内能的改变是由于做功，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，B、D错误．
考向2　改变内能的两种方式的比较
比较项目 做功 热传递
内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 　　　(多选)我们用手不断反复弯折铅丝，铅丝被折断的同时温度也升高了，这一事实说明(　　　)
A. 铅丝不吸收热量，温度也能升高
B. 对物体做功，能使物体内能增加
C. 做功和热传递对物体内能的改变是等效的
D. 机械功可以转化成热量，铅丝吸收了热量，温度升高
3
BC
【解析】　改变物体内能有两种方式：做功和热传递．拿一段铅丝反复弯折多次，感到弯折处烫手，是通过做功方式改变物体内能的，对物体做功，物体内能增加，温度升高；同时，被手握住的那部分铅丝的温度也升高了，说明这部分铅丝的内能改变了，是通过热传递的方式改变物体的内能，所以做功和热传递对物体内能的改变是等效的，B、C正确．
　　　(多选)一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高．当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则(　　　)
A. 从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B. 在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C. 在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D. 达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低
4
AC
【解析】　热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体；在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，故A、C正确，B、D错误．
　　　如图是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体．假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体(　　)
A. 内能增大
B. 体积增大
C. 压强不变
D. 温度不变
5
【解析】　向下压a的过程中，外界对气体做功，瓶内气体内能增大，A正确；向下压a的过程中，瓶内气体体积减小，压强增大，温度升高，B、C、D错误．
A
巩固验收
1. 如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞．用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开．管塞被冲开前(　　)
A. 外界对管内气体做功，气体内能增大
B. 管内气体对外界做功，气体内能减小
C. 管内气体内能不变，压强变大
D. 管内气体内能增大，压强变大
D
【解析】　克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高．通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开．管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大．故D正确．
2. (2022·广东高中联合质量测评)如图所示，一个配有活塞的厚玻璃筒内封闭一定质量气体．在某次实验中，活塞迅速下压，下列说法中正确的是(　　)
A. 筒内的气体压强可能不变
B. 筒内气体的温度不变
C. 筒内所有分子的速率都增大
D. 单位时间内撞到筒内壁单位面积上的气体分子数增多
D
【解析】　活塞迅速下压过程中，气体体积变小，外界对气体做功，且来不及与外界热交换，则内能增大，气体温度升高，则气体压强一定增大，A、B错误；温度升高，气体分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，但不是所有分子的速率都增大，C错误；温度升高，分子热运动更加剧烈，且单位体积内分子数量增多，则单位时间内撞到筒内壁单位面积上的气体分子数增多，D正确．(共30张PPT)
第三章
热力学定律
课时4　热力学第二定律
核心 目标 1. 通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法．
2. 能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中的能量转化、转移以及方向性问题．了解能量与能源的区别以及能源的有限性.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　热力学第二定律
物体间的热传递、气体的膨胀、扩散……都有特定的方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是____________. 反映宏观自然过程的__________的定律就是热力学第二定律．
1. 热力学第二定律的克劳修斯表述
(1) 内容：热量不能自发地从________物体传到________物体．即传热的过程具有__________.
(2) 该表述阐述的是传热的方向性：
①热量可以自发地由________物体传给________物体．
②热量不能自发地由________物体传给________物体．
不可逆的
方向性
低温
高温
方向性
高温
低温
低温
高温
2. 热力学第二定律的开尔文表述
(1) 内容：不可能从单一热库吸收热量，使之______________，而不产生其他影响．
(2) 该表述阐述的是机械能与内能转化的方向性：
①机械能可以全部转化为内能．
②内能无法全部用来做功以转换成机械能．
(3) 注意：这里所说“不可能从单一热库吸收热量”，意思是：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热．
完全变成功
(4) 热机
①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的__________变成工作物质的________.第二个阶段是工作物质对外________，把自己的内能变成__________.
②热机的效率：热机输出的_____________与燃料产生的___________的比值．用公式表示η＝________.
化学能
内能
做功
机械能
机械功W
热量Q
要点2　能源是有限的
1. 所谓能源，是指具有高品质的容易利用的储能物质，例如石油、天然气、煤等．
2. 能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性……最终都转化成________，流散到周围的环境中．
3. 能源消耗使得周围环境升温，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了，这样的转化过程叫作“能量耗散”．
(1) 能量耗散：有序度较高(集中度较高)的__________形式的能量(如机械能、电能)转化为________，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．
内能
高品质
内能
(2) 能量耗散是能够________发生、全额发生的．各种形式的能量最终都转化为内能，流散到周围的环境中，是无序程度________的非平衡状态向无序程度______的平衡状态的转化．
(3) 能量耗散不仅遵循能量守恒定律，而且从能量转化的角度反映出自然界的宏观过程具有方向性．
(4) 能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量________的降低(内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量)，从可被利用的价值来看，却再也不能驱动机器做功了．
(5) 能量耗散导致__________能源减少，因此能源是有限的资源．所以要节约能源．
自动
较小
较大
品质
可利用
4. 能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了．虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源．
基础内化
1. (多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是( )
A. 不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化
B. 没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
C. 制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化
D. 在火力发电中，燃气的内能不可能全部变成电能
AD
【解析】　热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，故A正确；机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须有外界的帮助，故B错误；冰箱向外传递热量时消耗了电能，故C错误；火力发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能向机械能转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不会全部变为电能，故D正确．
2. 下列说法中正确的是( )
A. 自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的
B. 电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置
C. 电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的
D. 能量耗散表明自然界的能量总和在不断减少
【解析】　自然界的能量的总和是守恒的，但人类可以利用的能源是有限的，节约能源不仅能使我们长久利用，并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染，节约能源对人类社会的发展有很大的意义，A错误；电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，B错误；电能转化为其他形式的能量的过程，是通过电流做功来实现的，C正确；能量耗散是针对一个系统(或一个物体)而言，能量在自然界中是守恒的，D错误.
C
关键能力·分析应用
考向1　热力学第二定律的理解
1. “自发”二字指的是：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的．
2. 要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“对外界的影响或有外界的帮助”才能完成．电冰箱就是一例，它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”运到高温处的．
3. “不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等．
4. 热力学第二定律是对宏观____________进行方向的说明．凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．
(1) 热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．
(2) 气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．
自然过程
(3) 机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，自发地在地面上重新运动起来．
(4) 气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器内变为真空．
5. 第二类“永动机”：是指设想中的效率达到____________的热机．第二类永动机虽没有违背能量转化和守恒定律，但违背了热力学第二定律，因此也是不可能实现的．
100%
根据热力学定律，下列说法中正确的是( )
A. 我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖
B. 利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C. 制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化
D. 满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
【解析】　热量不能自发地从低温物体传到高温物体，所以不能把散失的能量全部收集起来重新加以利用，A错误；由热力学第二定律可知，B正确；热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化，C错误；只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的，D错误．
1
B
(2022·河北邯山区一中)下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律( )
A. 一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B. 蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C. 桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D. 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
2
CD
【解析】　热茶温度比周围环境温度高，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，A错误；蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功，这一过程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而产生内能，另一方面热蒸汽与周围环境有温度差，蒸汽机会向周围环境散热，所以，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的，B错误；混浊的泥水静置一段时间后，由于泥沙比水的密度大，泥沙会自动下沉，从而使得上面的浑水变清了，此过程不违背热力学第二定律，泥沙的重心降低，重力势能减少了，水的重心升高，水的重力势能增加了，但系统总的重力势能减少了，最终转化为内能，而机械能百分之百地转化为内能是可能的，C正确；电冰箱通电后，电冰箱内的压缩机工作，消耗电能，将热量由箱内低温物体传递到箱外高温物体，没有违背热力学第二定律，因为它是通过消耗了电能从而引起其他变化的，D正确．
关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法中正确的是( )
A. 第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B. 第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C. 由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D. 由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的
3
【解析】　第二类永动机不违反能量守恒定律，违反热力学第二定律，A错误；第一类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律，B错误；改变内能的方式有做功和热传递，二者在内能的改变上是一样的，若对外做功的同时吸收热量，内能可能不变，C错误；由热力学第二定律可知热量从低温物体传到高温物体是可能的，D正确．
D
考向2　对热力学第二定律微观意义的理解
热力学第二定律的微观解释
高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体．所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了．而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低了．所以从宏观热现象角度来看，热传递具有方向性，总是从高温物体传给低温物体．
换一种角度看，初始我们根据温度的高低来区分两个物体，而最终状态两个物体上的温度处处相同，无法区别，我们就说系统的无序程度增加了．同理可知，在通过做功使系统内能增加的过程中，是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程．
(多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法中正确的是( )
A. 大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动
B. 热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C. 热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D. 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
4
【解析】　分子热运动是大量分子无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序，热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，C、D正确．
CD
考向3　对能源是有限的理解
1. 如何正确理解能量耗散和品质降低
(1) 从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．
(2) 能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源．
2. 熵增加原理
(1) 熵是____________的量度：根据熵的含义，热力学系统处于非平衡态时的粒子热运动有一定的有序性，因此，其熵值较小；当其达到平衡态后，其粒子热运动的无序性达到极高程度，使其熵值达到最大值．
(2) 热力学系统演化的方向性：对于绝热或孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，或者说总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的，因此，总是朝着熵增加的方向进行，或者说，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，这就是熵增加原理，也就是热力学第二定律的另一种表述形式．
如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．熵增加原理的适用对象是孤立系统，如果是非孤立系统，熵有可能减少．
应用时应注意把握“方向性”和“熵增加原理”来正确分析和判定．
无序程度
(多选)下列关于能量耗散的说法中正确的是( )
A. 能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B. 能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C. 各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的
D. 能量耗散导致能量品质的降低
5
【解析】　能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，A错误，D正确；耗散的内能无法再被利用，B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，C正确．
BCD
下列说法中正确的是( )
A. 熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行
B. 质量相等的80 ℃的液态萘和80 ℃的固态萘相比，具有相同的分子势能
C. 液体具有流动性是因为液体分子具有固定的平衡位置
D. 气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关
6
D
【解析】　熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，A错误；80 ℃的液态萘凝固成80 ℃的固态萘的过程中放出热量，温度不变，则分子的平均动能不变，萘放出热量的过程中内能减小，而分子平均动能不变，所以一定是分子势能减小，B错误；液体具有流动性是因为液体分子没有固定的平衡位置，C错误；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关，D正确．
巩固验收
1. (多选)下列说法中正确的是( )
A. 冰箱能使热量从低温物体传给高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B. 空调工作时消耗的电能比室内温度降低所放出的热量要多
C. 自发的热传导是不可逆的
D. 可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
【解析】　有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传给高温物体，空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量，A错误，B正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，D错误，C正确．
BC
2. (2022·江苏睢宁高级中学)关于永动机、热力学定律和能量守恒定律的讨论，下列叙述正确的是( )
A. 第二类永动机违反了能量守恒定律
B. 自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C. 由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功是不可能的
D. 能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质提升了
B
【解析】　第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违背热力学第二定律，A错误；根据热力学第二定律可知，自然界中所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性，B正确；热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化，也不可能从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化．但在引起其他变化的情况下，热量是可以从低温物体传到高温物体的，也可以从单一热源吸收热量全部用来做功，C错误；能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了；例如，内燃机燃烧汽油把化学能转化为机械能，最终机械能又会转化为内能，而最终的内能人们很难再重新利用，所以我们说能量的品质下降了， D错误．(共29张PPT)
第三章
热力学定律
课时2　热力学第一定律
核心目标 1. 能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律．
2. 能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　热力学第一定律
1. 改变内能的两种方式
做功与________.两者在改变系统内能方面是__________.
2. 热力学第一定律
(1) 内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的________与外界对它____________的和．
(2) 表达式：________________.
传热
等价的
热量
所做的功
ΔU＝Q＋W
3. 热力学第一定律的符号法则
热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界放热和内能减少的情况，因此在使用ΔU＝Q＋W时，为了区别两种不同的情况，在应用ΔU＝Q＋W进行计算时，它们的正、负号规定如下：
(1) 外界对系统做功，__________，即W为正值．
系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，__________，即W为负值．
(2) 外界对系统传热，也就是系统从外界吸收热量，__________，即Q为正值．
外界从系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，__________，即Q为负值.
(3) 系统内能增加，____________，即ΔU为正值．
系统内能减少，____________，即ΔU为负值．
W>0
W<0
Q>0
Q<0
ΔU>0
ΔU<0
要点2　热力学第一定律的几种典型应用
1. 若过程是绝热的，即__________，则____________，外界对物体做的功等于物体内能的增加量．
2. 若过程中不做功，即__________，则____________，物体吸收的热量等于物体内能的增加量．
3. 若过程中物体的始、末内能不变，即____________，则______________或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
Q＝0
W＝ΔU
W＝0
Q＝ΔU
ΔU＝0
W＋Q＝0
基础内化
1. 一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是(　　)
A. W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B. W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C. W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×105 J
D. W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
【解析】　因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J，内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J，根据ΔU＝Q＋W，可得Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B正确．
B
2. (2022·江苏宿迁中学)如图所示，水平放置的汽缸内壁光滑，活塞的厚度不计，在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，A左侧汽缸的容积为V0，A、B之间容积为0.1V0，开始时活塞在A处，缸内气体压强为0.9p0(p0为大气压强)，温度为297 K，现通过对气体缓慢加热使活塞恰好移动到B.求：
(1) 若此过程气体吸收热量为Q，求此过程气体内能增量ΔU.
【解析】　(1) 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，解得ΔU＝Q－0.1p0V0
(2) 活塞刚移动到B时，缸内气体温度TB.
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　热力学第一定律的理解与应用
1. 公式：ΔU＝Q＋W中各物理量符号意义
物理量 ΔU W Q
大于零 物体的内能增加 外界对物体做功 物体吸热
小于零 物体的内能减少 物体对外界做功 物体放热
等于零 物体的内能不变 物体对外界(或外界对物体)不做功 物体与外界绝热
2. 应用热力学第一定律解题的思路与步骤
(1) 首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．
(2) 分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功．
(3) 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．
(4) 根据求解结果说明做功、热传递和内能变化情况．
　　　如图是封闭的汽缸，内部封闭有一定质量的理想气体．外力推动活塞P压缩气体，对汽缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，则汽缸内气体的(　　)
A. 温度升高，内能增加600 J
B. 温度升高，内能减少200 J
C. 温度降低，内能增加600 J
D. 温度降低，内能减少200 J
1
【解析】　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU＝600 J>0，故温度一定升高，A正确．
A
　　　(2022·安徽六安一中)如图所示是某种防疫消毒用的喷雾消毒桶及其原理图；学校用如图所示的压缩式喷雾器对教室走廊等场所进行消杀工作．给储液罐打足气，打开开关就可以让药液喷洒出来．若罐内气体温度保持不变，随着药液的不断喷出，则罐内气体(　　)
A. 压强不断减小 B. 内能不断减小
C. 外界对气体不做功 D. 气体对外放热
2
A
【解析】　随着液体喷出，罐内气体的体积增大，由玻意耳定律可知，气体体积增大，压强减小，A正确；由于罐内气体温度保持不变，所以气体的内能保持不变，B错误；气体的体积增大，让药液喷出，所以气体对外界做功，C错误；由热力学第一定律可得ΔU＝Q＋W，所以当ΔU＝0，W<0，则Q>0，即气体要从外界吸热，D错误．
考向2　热力学第一定律与气体的综合应用
1. 只有________过程气体与外界没有热传递：Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能的变化．
2. 导热良好，即气体与外界有热交换，且保持与外界温度________，对理想气体(不计分子势能的变化)而言，内能不变，因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关．
3. 只有在气体________不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热、放热情况可判断内能的变化．
绝热
相同
体积
4. 若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反，大小相等，因此判断内能变化问题一定要全面考虑．
5. 对于气体，做功W的正负一般要看气体________变化情况，气体体积减小，则外界对气体做功，W>0；气体体积增大(不是对真空膨胀)，则气体对外界做功，W<0.
体积
　　　(2022·安徽六安一中)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成．上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换．若汽缸内气体视为理想气体，(　　)
A. 上乘客时，气体的内能变大
B. 下乘客时，气体从外界吸热
C. 剧烈颠簸时，若气体扩张，气体的内能不变
D. 剧烈颠簸时，若气体扩张，气体的温度升高
3
B
【解析】　上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换，则气体温度不变，内能不变，下乘客时，气体扩张，气体对外做功，由于气体内能不变，则根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，A错误，B正确；剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换，则在气体扩张的过程中，气体对外做功，气体内能减少，温度降低，C、D错误．
　　　(2022·安徽马鞍山二中)“回热式热机”的热循环过程可等效为如图所示a→b→c→d→a的曲线．理想气体在a→b、c→d为等温过程，b→c、d→a为等容过程，则(　　)
A. a状态气体温度比c状态低
B. a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态少
C. b→c、d→a两过程气体吸、放热绝对值相等
D. 整个循环过程，气体对外放出热量
4
C
　　　(2022·广东罗定邦中学)如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度H1＝0.60 m，气体的温度T1＝300 K；现给汽缸缓慢加热至T2＝480 K，活塞缓慢上升到距离汽缸底部某一高度H2处，此过程中缸内气体增加的内能ΔU＝300 J．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，活塞横截面积S＝5.0×10－3 m2.求：
5
(1) 活塞距离汽缸底部的高度H2.
(2) 此过程中缸内气体吸收的热量Q.
【解析】　(2) 在气体膨胀的过程中，气体对外做功为W0＝p0ΔV＝1.0×105× (0.96－0.60)×5.0×10－3 J＝180 J
根据热力学第一定律可得气体内能的变化量为ΔU＝－W0＋Q
得Q＝ΔU＋W0＝480 J
巩固验收
1. (多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法中正确的是(　　　)
A. 过程①中气体的压强逐渐减小
B. 过程②中气体对外界做正功
C. 过程④中气体从外界吸收了热量
D. 状态c、d的内能相等
BD
【解析】　过程①中，气体由a到b，体积V不变、T升高，则压强增大，A错误；过程②中，气体由b到c，体积V变大，对外界做功，B正确；过程④中，气体由d到e，温度T降低，内能ΔU减小，体积V不变，气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q<0，即气体放出热量，C错误；状态c、d温度相同，所以内能相同，D正确．
2. (2022·江苏扬州中学)如图所示在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ℃，封闭气柱长为9 cm，活塞横截面积S＝50 cm2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 ℃.已知大气压强等于1.0×105 Pa，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力．求：
(1) 加热后活塞到汽缸底部的距离．
【解析】　(1) 取被封闭的气体为研究的对象，开始时气体的体积为L1S，温度为T1＝(273＋27) K＝300 K
末状态的体积为L2S，温度为T2＝(273＋127) K＝400 K
代入数据得L2＝12 cm
(2) 此过程中气体内能改变了多少．
【解析】　(2) 在该过程中，气体对外做功W＝F·ΔL＝p0S(L2－L1)＝1.0×105× 50×10－4×(12－9)×10－2 J＝15 J
由热力学第一定律得ΔU＝Q－W＝22 J－15 J＝7 J
即气体内能增加了7 J.(共23张PPT)
第三章
热力学定律
课时3　能量守恒定律
核心目标 1. 知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义．
2. 理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律．知道第一类永动机是不可能实现的.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　探索能量守恒的足迹
1. 俄国化学家盖斯研究发现，任何一个化学反应，放出的总热量相同．
2. ______的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系， 从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步．
3. 德国医生迈尔猜想热与机械运动的等效性是公认的第一个提出能量守恒思想的人．
4. 德国科学家亥姆霍兹从永动机不可能制成这一事实出发，提出了“张力”(即势能)与“活力”(即动能)的转化．他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题．
焦耳
要点2　能量守恒定律
1. 内容：能量既不会凭空________，也不会凭空________，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的________保持不变．
2. 意义：能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件．恩格斯把它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现．它是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一．
产生
消失
转化
转移
总量
要点3　永动机不可能制成
1. 永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地____________的机器．
2. 永动机不可能制成的原因：违背了____________定律．
3. 意义：正是历史上设计永动机的________，才使后人的思考走上了正确的道路．
特别提醒：在利用能量转化与守恒定律解题时，一定要明确过程中哪些能量在转化或转移，确定好初、末状态的能量E初、E末或确定能量的变化ΔE增、ΔE减各为多少，再由E初＝E末或ΔE增＝ΔE减列式求解．
对外做功
能量守恒
失败
基础内化
1. 下列对能量守恒定律的认识错误的是(　　)
A. 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B. 某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C. 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D. 石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
D
【解析】　选项A是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；选项B是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移；选项C中任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定律；选项D中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，只是转化成了其他形式的能量，D符合题意．
2. 第一类永动机不可以制成，是因为(　　)
A. 违背了能量守恒定律
B. 热量总是从高温物体传递到低温物体
C. 机械能不能全部转变为内能
D. 内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
【解析】　第一类永动机无法制成是因为它违背了能量守恒定律，A正确.
A
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　能量守恒定律
1. 能量的存在形式及相互转化
(1) 各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．
(2) 各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．
2. 能量守恒定律解题的方法
(1) 首先分析有哪几种形式的能量在参与转化．分别列出增加的能量与减少的能量的表达式．
(2) 利用ΔE增＝ΔE减列式求解
① 某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
② 某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
　　　在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化(　　)
A. 降低 B. 升高
C. 不变 D. 无法确定
1
【解析】　冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部制冷，把冰箱与房间看成一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，系统内部无法使系统总能量发生变化．但系统消耗电能增加了系统的总能量，根据能量守恒定律，系统增加的能量转化为内能使房间的温度升高．故B正确．
B
　　　如图所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度h，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？(不计空气阻力)
2
【解析】　子弹和沙箱相互作用的过程中，损失动能，转化为系统内能，由能量守恒定律得
由于子弹和沙箱相互作用的时间极短，它们一起从最低点以v做圆周运动，满足机械能守恒，即
考向2　第一类永动机不可能制成的相关分析
1. 第一类永动机
人们把设想中的既不消耗________又能源源不断地____________的机器叫作第一类永动机，它违背了能量转化和守恒定律，因此，第一类永动机是不可能制成的．
2. 第一类永动机失败的原因分析
如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2能量
对外做功
　　　如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法中正确的是(　　)
3
D
A. 转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B. 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C. 转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D. 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
【解析】　形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确．
　　　大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”．如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下．在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权．关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是(　　)
4
D
A. 符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题
B. 如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C. 如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D. 违背能量转化和守恒定律，不可能实现
【解析】　如果忽略摩擦，那么铁球返回斜坡底端Q时速度为零，无法对外做功，如果在返回的过程中对外做功了，将无法返回到底端Q.所以该“永动机”不可以实现．故D正确．
巩固验收
1. (多选)下列关于第一类永动机的说法中，正确的是(　　　)
A. 永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B. 永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C. 永动机不能制成的原因是技术问题
D. 永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
【解析】　永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因．故A、D正确，B、C错误．
AD
2. 如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成．活塞横截面积为S，大气压为p0，另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止，在这一过程中，容器内空气内能的改变量ΔE，外界对容器内空气所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化量的关系是(　　)
A. Mgh＋mgΔh＝ΔE＋W
B. ΔE＝W，W＝Mgh＋mgΔh＋p0SΔh
C. ΔE＝W，WD. ΔE≠W，W＝Mgh＋mgΔh＋p0SΔh
C
【解析】　由于系统隔热，所以气体与外界没有热交换，活塞对气体做正功，所以由热力学第一定律知气体的内能增加，且ΔE＝W，而从能量守恒的角度考虑，m和M减少的机械能即重力势能和大气压做功共Mgh＋mgΔh＋p0SΔh，这部分损失的能量一部分使气体的内能增加，另一部分损失到碰撞过程中m和M的内能上，所以W＜Mgh＋mgΔh＋p0SΔh，故C正确．

展开更多......

收起↑